Kursmaterial · Storycard
Die Storycard zur Einführung. Zwei Seiten: vorne Story, Akzeptanzbedingungen, Sprintziel und „Die Lage ändert sich“, hinten Anschluss, Kompetenzmodell und Retrospektive. Druck sie doppelseitig aus und leg sie neben das Tabellenbuch.
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Retrofit statt Neukauf: eine alte Presse soll sehen lernen, ohne dass jemand ihre Steuerung anfasst.
Schritt 2 von 3. Du liest den Auftrag und lernst die Anlage und deinen Prüfstand kennen.
Danach: Wissensspeicher, Abnahme und Lernbegleitung
Agil arbeiten · Sprint 0
Eure Storycard zur Einführung
Druckt sie doppelseitig aus, bevor ihr loslegt. Im Planning schreibt ihr euer Sprintziel in eigenen Worten auf und ergänzt eigene Kriterien. Am Ende prüft das andere Team gegen die Akzeptanzbedingungen, danach haltet ihr eure Retrospektive.
1 Planning2 Arbeiten mit Daily3 Review4 Retrospektive
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Der wichtigste Satz auf dieser Seite: Dein Modul darf mitmessen, eingreifen darf es nie.
Projektauftrag
MSM-1 · Mess- und Signalmodul für die Exzenterpresse
- Auftraggeber
- Die Instandhaltung des Betriebs, vertreten durch die technische Leitung.
Im Unterricht vertreten durch deine Lehrkraft in der Rolle des Auftraggebers. - Auftragnehmer
- Dein Entwicklungsteam. Jedes Team bearbeitet den Auftrag vollständig und
baut ein eigenes lauffähiges Modul. - Projektleitung
- Die Lehrkraft in der Rolle der Projektleitung. Sie zeichnet jeden
Meilenstein ab. Im Team übernimmt eine Person die Projektleitung, die Rollen stehen weiter unten. - Leistungsumfang
- Ein Mess- und Signalmodul, das Presskraft, Lagertemperatur und Motorstrom
der Exzenterpresse von 1998 erfasst und meldet, ohne in die vorhandene Steuerung einzugreifen.
Entwickelt und nachgewiesen am Prüfstand, ausgelegt für die Anlage. - Ergebnisbild
- Das Modul misst in beiden Maßstäben nachweisbar richtig, verträgt die
Störungen des Schaltschranks, versorgt sich selbst aus dem Netz und ist so dokumentiert, dass die
Instandhaltung es ohne Rückfrage einbauen und betreiben kann. - Termin
- Die erste Phase umfasst 120 Unterrichtsstunden in acht Sprints (0 bis 7), danach folgen
80 Stunden für Kompetenz-Checks, Nacharbeit und Vertiefung. - Rahmenbedingungen
- Die Presse bleibt in Betrieb. Es wird nicht in die Steuerung
eingegriffen. Am Prüfstand kommt keine Netzspannung vor, an der Anlage sehr wohl. - Mittel
- Prüfstand mit Steckbrett und Messplatz, Bauteilsortiment, Tabellenbuch,
Datenblätter der eingesetzten Bauteile, Simulationswerkzeug, die Vorlagen zu jedem Lernangebot
und dein Team. - Was nicht vorgegeben ist
- Der Auftrag sagt, was das Modul können muss, nicht
wie es aufgebaut ist. Teilerverhältnisse, Brückenart, Verstärkerkonzept, Schaltstufe,
Reglerprinzip und Schirmführung entscheidet ihr. Zu jeder Entscheidung gehört eine Begründung.
Ein anderer Weg als der des Nachbarteams ist kein Fehler, solange er trägt und belegt ist.
Meilensteine
| Meilenstein | Wann | Was vorliegt | Wer nimmt ab |
|---|---|---|---|
| M0 · Prüfstand steht | Ende Sprint 0, 4 h | Auftrag analysiert, offene Fragen gestellt, Prüfstand aufgebaut und in Betrieb, Teams und Rollen verteilt, Abnahmekriterien vereinbart |
Projektleitung |
| M1 · Der Eingang lügt nicht mehr | Ende Sprint 1, 16 h | Lernprodukte 1 und 2: Dimensionierung des Spannungseingangs und Auslegung der Strommessung, am Prüfstand nachgemessen |
Kreuzreview, danach Projektleitung |
| M2 · Die Presse zeigt Kraft | Ende Sprint 2, 16 h | Lernprodukte 3 und 4: Kraftkanal mit Leitungsfehlerbetrachtung und Temperaturkanal | Kreuzreview, danach Projektleitung |
| M3 · Aus Millivolt wird Messwert | Ende Sprint 3, 16 h | Lernprodukt 5: Signalaufbereitung mit Verstärker und Anti-Aliasing-Filter, Simulation und Messung verglichen |
Kreuzreview, danach Projektleitung |
| M4 · Das Modul schaltet | Ende Sprint 4, 16 h | Lernprodukt 6: Schaltausgänge mit Wärmerechnung und Freilaufdiode | Kreuzreview, danach Projektleitung |
| M5 · Das Modul verlässt den Labortisch | Ende Sprint 5, 16 h | Lernprodukte 7 und 8: Netzteil, Versorgungs- und Störfestigkeitskonzept, Störversuch belegt | Kreuzreview, danach Projektleitung |
| M6 · Der Folgeauftrag | Sprint 6 und 7, 36 h | Die gewählte Wahlstory, mit Messwerten belegt | Projektleitung |
| M7 · Entwicklermesse und Übergabe | Abschluss von Sprint 7 | Das fertige MSM-1, die Übergabedokumentation und der Stand auf der Entwicklermesse. Die Schlusspräsentation nimmt ausdrücklich Bezug auf M1 bis M5: Was habt ihr nach dem Kreuzreview geändert, und weshalb? |
Auftraggeber |
Ein Sprint ist erst zu Ende, wenn abgenommen wurde. Was nicht abgenommen
wird, geht in die Reservezeit, nicht in den nächsten Sprint. Ohne abgezeichnetes M0 beginnt Teil 1 nicht.
Abzeichnung
Druck dir diese Seite aus.
Die Unterschrift gehört in die Projektakte.
Drei Herausforderungen
- Die Steuerung ist tabu. Die Presse hat eine Sicherheitssteuerung nach Baumusterprüfung. Wer dort eingreift, verliert die Konformität und haftet.
- Das Messsignal ist winzig. Der Dehnungsmessstreifen am Maschinenständer liefert bei voller Presskraft acht Millivolt. Dazwischen liegen zwölf Meter Leitung und ein Frequenzumrichter.
- Im Schaltschrank gibt es keine Steckdose. Es gibt eine Klemme mit Wechselspannung und einen Frequenzumrichter, der mit 4 kHz taktet. Dein Modul muss sich von dort versorgen und trotzdem sauber messen.
Dein Auftrag
Entwickle, dimensioniere, baue auf und übergib das Mess- und Signalmodul MSM-1: eine Nachrüstlösung, die die Presse überwacht, ohne ihre Steuerung anzufassen. Vom Sensor am Maschinenständer bis zur Meldeleuchte, und mit einer Stromversorgung, die aus der Anlage kommt und nicht aus dem Labornetzgerät.
Dein Prüfstand: die Presse auf dem Steckbrett
Die Presse steht im Werk des Kunden, du stehst im Labor. Genau so arbeitet ein Entwicklungsbüro: entwickelt wird an einem Prüfstand, der die Anlage nachbildet, reproduzierbar, gefahrlos und jederzeit verfügbar. Deinen Prüfstand baust du in Sprint 0 selbst auf, und er bleibt in allen fünf Teilen dein Messobjekt.
| Komponente | Daten am Prüfstand |
|---|---|
| Kraftsensor | Wägezelle 5 kg, DMS-Vollbrücke ca. 1 kΩ, Kennwert 1,0 mV/V, also 5,0 mV bei US = 5 V und Nennlast |
| Referenzmesskette | Wägemodul HX711, 24 bit, als Vergleich zur eigenen Schaltung, nicht als Ersatz |
| Temperatursensor | NTC 10 kΩ, B = 3435 K, identisch zur Anlage. Wärmequelle: Lötkolben mit Abstand, Referenzthermometer |
| Strommessung | Shunt 0,1 Ω0,5 W (an der Anlage übernimmt das der Stromwandler) |
| Lasten | Meldeleuchte 12 V0,5 A · Relais 12 V, Spule 0,2 H, 70 mA · Lüfter 12 V1,5 A |
| Hilfsspannung | Labornetzgerät, 0 bis 30 V einstellbar, liefert die 24 V, die im Schaltschrank aus dem Anlagennetzteil kämen |
| Wechselspannung | Steckernetzteil 12 V AC, 12 VA, berührsicher, für Gleichrichtung und Netzteil in Teil 5 |
| Störquelle | Zweiter Mikrocontroller, 4 kHz Rechteck auf einer 1 m langen, parallel geführten Leitung, Frequenz und Amplitude einstellbar |
| Aufbau | Steckbrett nur für Steuer- und Messströme im Milliamperebereich. Lastströme, etwa für Leuchte und Lüfter, laufen nicht über das Steckbrett, sondern werden direkt verdrahtet |
Der Maßstab zwischen Anlage und Prüfstand
1 kg am Prüfstand entspricht 320 kN an der Presse, die Nennlast von 5 kg steht damit für 1600 kN. Die Empfindlichkeiten sind aber nicht gleich: die Wägezelle liefert bei Nennlast 5,0 mV, der DMS an der Presse 8,0 mV. Dein Messverstärker muss deshalb umschaltbar sein.
Das ist kein Kunstgriff für den Unterricht, sondern der Normalfall: ein Gerät wird am Modell entwickelt und vor Ort skaliert. Wer den Maßstab nicht dokumentiert, liefert ein Gerät aus, das falsch anzeigt.
Was am Prüfstand nicht vorkommt: 230 V
Die höchste Spannung in deinem Aufbau sind die 24 V aus dem Labornetzgerät. Der Wechselspannungsteil kommt aus einem fertigen Steckernetzteil mit 12 V AC, das nicht geöffnet wird. Gleichrichtung, Ladekondensator, Brummspannung, Spannungsregelung und Wirkungsgrad sind damit vollständig messbar, ohne dass jemand an Netzspannung arbeitet.
Zum Nachschlagen
Die Ausgangslage
Ein Umformbetrieb fertigt Blechteile für den Maschinenbau. Im Presswerk steht eine Exzenterpresse PE-160, Baujahr 1998, Nennpresskraft 1600 kN, Hauptantrieb 22 kW. Die Maschine läuft mechanisch einwandfrei. Sie ist nur blind.
Läuft ein Lager heiß, merkt es niemand, bis die Presse steht. Verschleißt das Werkzeug, merkt es niemand, bis der Kunde reklamiert. Im letzten Jahr kostete das den Betrieb zwei ungeplante Stillstände und eine Reklamation über 18.000 €. Eine neue Presse kostet einen sechsstelligen Betrag. Der Geschäftsführer will sie nicht. Er will wissen, wie es der alten geht.
Auftragsblatt: die Anlage
| Kenngröße | Wert |
|---|---|
| Typ, Baujahr | Exzenterpresse PE-160, Baujahr 1998 |
| Nennpresskraft | 1600 kN |
| Hauptantrieb | Dreiphasen-Asynchronmotor 22 kW, 400 V, 50 Hz, cos φ = 0,82, IN = 41 A |
| Vorschubantrieb | Gleichstrommotor, Kleinspannung, ca. 100 W |
| Hubzahl | Dauerhub 45 min⁻¹, Einzelhub |
| Dehnung am Ständer | ε = 800 µm/m bei Nennpresskraft (Messprotokoll der Instandhaltung) |
| Lagertemperatur | Betrieb 45 bis 60 °C, Warngrenze 75 °C, Abschaltempfehlung 85 °C |
| Komponente | Daten |
|---|---|
| DMS am Maschinenständer | Folien-DMS, R0 = 350 Ω, k = 2,0, Vollbrücke, 8,0 mV bei US = 5 V und Nennkraft |
| Temperatursensoren | NTC 10 kΩ, B25/85 = 3435 K, zwei Stück, Lager A und Lager B |
| Motorstrom | Stromwandler 50 A1 A, Klasse 1, Bürdenwiderstand frei wählbar |
| Meldeleuchte | 24 V DC, 12 W (0,5 A), Dauerlicht |
| Signalrelais | 24 V DC, Spule 1,2 W (50 mA), Induktivität ca. 0,5 H |
| Schaltschranklüfter | 24 V DC, 1,5 A, wird bei Übertemperatur zugeschaltet |
| Rechnerplattform | ESP32-WROOM-32, Umsetzer 12 bit, bei 11 dB Dämpfung genau zwischen 0,15 V und 2,45 V, WLAN |
| Störquelle im Schrank | Frequenzumrichter, Taktfrequenz 4 kHz, ungeschirmte Motorleitung |
| Sensorleitung | 12 m Länge, parallel zur Motorleitung, Querschnitt 0,25 mm² |
Die Lösung entsteht in fünf Stufen
Der Auftrag zerfällt nicht in fünf Themen, sondern in fünf Stufen einer Kette. Jede Stufe baut auf der vorherigen auf. Am Ende der Pflichtphase steht kein Stapel Lernangebote, sondern ein Gerät.
So arbeitet ihr: in Sprints
Das Projekt läuft in einem vereinfachten agilen Rahmen. Der Auftraggeber, gespielt von deiner Lehrkraft, nimmt am Ende jedes Sprints ab. Was nicht abgenommen wird, geht zurück in die Aufgabenliste.
| Sprint | Sprintziel | Inhalt | Zeit |
|---|---|---|---|
| Sprint 0 | Prüfstand steht | Kickoff, Auftragsanalyse, Prüfstand aufbauen und in Betrieb nehmen, Teams bilden, Abnahmekriterien vereinbaren | 4 h |
| Sprint 1 | Der Eingang lügt nicht mehr | Teil 1 · Widerstandsnetzwerk und Signalanpassung | 16 h |
| Sprint 2 | Die Presse zeigt Kraft | Teil 2 · Brückenschaltung und Sensorik | 16 h |
| Sprint 3 | Aus Millivolt wird Messwert | Teil 3 · Operationsverstärker als Messverstärker | 16 h |
| Sprint 4 | Das Modul schaltet | Teil 4 · Transistor als Leistungsschnittstelle | 16 h |
| Sprint 5 | Das Modul verlässt den Labortisch | Teil 5 · Gleichrichterschaltung und Stromversorgung | 16 h |
| Sprint 6 und 7 | Der Folgeauftrag | Eine Wahlstory je Team, frei gewählt, Abschluss mit Entwicklermesse | 36 h |
Rollen im Team
| Rolle | Verantwortung |
|---|---|
| Projektleitung | Behält Termin und Aufgabenliste im Blick, moderiert das tägliche Kurztreffen, meldet Blockaden an den Auftraggeber. |
| Fachverantwortung Schaltung | Verantwortet Dimensionierung, Rechenwege und Datenblattbezüge, prüft gegen die Abnahmekriterien. |
| Fachverantwortung Messtechnik | Verantwortet Messaufbau, Messprotokoll und die Bewertung der Messunsicherheit. |
| Dokumentation | Führt Projektakte und Wissensspeicher, sorgt dafür, dass jeder Rechenweg nachvollziehbar bleibt. |
Die Rollen wechseln nach jedem Sprint. Niemand hat zweimal dieselbe Rolle.
Eure Arbeitsvereinbarungen
- Aufgabentafel mit den Spalten Offen, In Arbeit, Prüfung, Fertig. Jede Aufgabe hängt an genau einem Namen.
- Tägliches Kurztreffen, fünf Minuten, im Stehen: Was habe ich geschafft? Was mache ich heute? Was hält mich auf?
- Jede Stufe durchläuft denselben Vierschritt: rechnen, simulieren, aufbauen und messen, Abweichung erklären.
- Abnahme durch den Auftraggeber anhand der Punkte unter „Fertig bist du, wenn …“. Kein Ergebnis ohne Rechenweg und ohne Messprotokoll.
- Rückblick nach jedem Sprint: Was hat getragen? Was hat gebremst? Eine konkrete Änderung für den nächsten Sprint.
- Aufbaudisziplin: kurze Drähte, eine durchgehende Masse, Abblockkondensator am IC. Am Steckbrett ist das keine Schönheit, sondern die Voraussetzung dafür, dass 5 mV messbar bleiben.
Alle bauen alles, aber nicht alle dasselbe
In der Pflichtphase durchlaufen alle Teams alle fünf Stufen. Die Kette braucht jede Stufe, und in der Technikerprüfung fragt niemand, welche Baugruppe du gebaut hast. Unterschiede entstehen innerhalb eines Teils: über die Vertiefungsaufgabe und über die Rolle im Team. Jeder Teil endet mit deinem Wissensspeicher-Blatt, der Abnahme durch ein anderes Team und einem kurzen Kompetenz-Check.
In der Wahlphase ist es umgekehrt: jedes Team bearbeitet genau einen Folgeauftrag. Deshalb endet sie mit der Entwicklermesse, bei der jedes Team ausstellt und die anderen mit einem Fragebogen prüfen.